Tối ưu hóa hộp giảm tốc trong xe lăn điện bằng phương pháp hàm thể tích

Abstract

Currently, most wheelchairs used by people with disabilities often have simple structures and functions, mainly using human power to operate, or do not have the function of climbing stairs. In the world, as well as in Vietnam, there have been studies on electric wheelchairs to climb stairs, but most of them just stop at the design, manufacture and testing at the research lab, there is no electric wheelchair to climb the stairs and commercialized in the market. In the stair climbing electric wheelchair, the gearbox is one of the most important components. Up to now, the research and design optimization of the reduction gear box for the electric wheelchair to climb stairs has not been interested. This paper aims to determine the optimal gear ratio of the helical gearbox to achieve the smallest gearbox volume suitable for the electric wheelchair model. To solve this problem, the paper has applied analysis and experimental planning method of all 4 input factors. The influence of the input factors on the optimal transmission ratio has been evaluated and analyzed. A regression equation to determine the optimal gear ratio has also been proposed. Furthermore, a regression model to calculate the best gear ratio has been proposed. The proposed model is also said to be very consistent with the experimental data. Finally, by applying the optimal value of this optimization results, it is used to design a realistic electric wheelchair model that operates stably.

Keywords: Worm Gearbox, Gear Ratio, Optimum gearbox design, Volume function.

Tóm tắt

Hiện nay, đa số các xe lăn của người khuyết tật hay dùng, thường có kết cấu và chức năng đơn giản chủ yếu dùng sức người để vận hành, hoặc không có chức năng leo cầu thang. Trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có những nghiên cứu về xe lăn điện leo cầu thang, nhưng phần lớn mới chỉ dừng lại ở việc thiết kế, chế tạo và thử nghiệm tại phòng nghiên cứu, chưa có xe lăn điện leo cầu thang được thương mại hóa trên thị trường. Trong xe lăn điện leo cầu thang, Hộp giảm tốc là một trong những thành phần quan trọng nhất. Cho tới nay, việc nghiên cứu thiết kế tối ưu hóa Hộp giảm tốc cho xe lăn điện leo cầu thang chưa được quan tâm. Bài báo này nhằm mục đích xác định tỷ số truyền tối ưu của hộp số xoắn ốc để đạt được thể tích hộp số nhỏ nhất phù hợp với mô hình xe lăn điện. Để giải quyết vấn đề này, bài báo đã ứng dụng phương pháp phân tích và quy hoạch thực nghiệm toàn phần 4 nhân tố đầu vào. Ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến tỷ số truyền tối ưu đã được đánh giá, phân tích. Một phương trình hồi quy để xác định tỷ số truyền tối ưu cũng đã được đề xuất. Hơn nữa, một mô hình hồi quy để tính toán tỷ số truyền tốt nhất đã được đề xuất. Mô hình đề xuất cũng được cho là rất phù hợp với số liệu thực nghiệm. Cuối cùng, bằng cách ứng dụng giá trị tối ưu của thiết kế hộp giảm tốc này được sử dụng để thiết kế một mô hình xe lăn điện thực tế vận hành ổn định.

Từ khóa: Hộp giảm tốc trục vít, tỉ số truyền, tối ưu hóa hộp giảm tốc, Phương pháp hàm thể tích